Era il 14 agosto, 2017, appena una settimana prima che la Luna incrociasse il Sole e la Terra, proiettando la sua ombra negli Stati Uniti. L'intero paese fremeva di anticipazione per la fugace possibilità di vedere la corona, la tenue atmosfera esterna del Sole.

Ma l'attesa è stata particolarmente snervante per un gruppo di scienziati della Predictive Science Inc., una società di ricerca privata a San Diego:avevano appena pubblicato una previsione di come sarebbe stata la corona il 21 agosto, il giorno dell'eclissi solare totale. In che modo la loro previsione, il risultato di un modello numerico complesso e decine di ore di calcolo, si confronterebbe con la realtà?

"Aspettando la totalità, sai esattamente cosa hai previsto e cosa ti aspetti, " Il ricercatore di Predictive Science Zoran Miki? ha detto. "Poiché lavori così tanto con il modello e vedi la previsione così tante volte, è bruciato nel tuo cervello. C'è molta ansia perché se ti sbagli completamente, è un po' imbarazzante".

I ricercatori di Predictive Science hanno utilizzato i dati del Solar Dynamics Observatory della NASA, o SDO, sviluppare un modello che simuli la corona. Il loro modello utilizza misurazioni dei campi magnetici sulla superficie del Sole per prevedere come il campo magnetico modella la corona. Il loro lavoro è stato sostenuto dalla NASA, la National Science Foundation e l'Air Force Office of Scientific Research. Miki? è l'autore principale di un articolo che riassume il loro lavoro e pubblicato in Astronomia della natura il 27 agosto 2018.

La scienza coronale è profondamente radicata nella storia delle eclissi totali; anche con tecnologie all'avanguardia, è solo durante un'eclissi totale che gli scienziati possono risolvere la regione più bassa della corona, appena sopra la superficie del Sole. Questa parte dinamica dell'atmosfera solare è attraversata da complessi campi magnetici che forniscono l'energia per tremende eruzioni come brillamenti ed espulsioni di massa coronale.

Quando le particelle e le radiazioni delle esplosioni solari si allontanano dal Sole, possono manifestarsi come disturbi nello spazio vicino alla Terra, noto come tempo spaziale. Tanto variabile quanto il tempo che sperimentiamo sulla Terra, la meteorologia spaziale può interrompere i segnali di comunicazione, astronauti e satelliti in orbita, o anche reti elettriche.

La capacità di prevedere e prevedere il tempo spaziale, proprio come facciamo con il tempo terrestre, è fondamentale per mitigare questi impatti, e modelli come quello di Predictive Science sono strumenti chiave per lo sforzo.

Le eclissi offrono ai ricercatori un'opportunità unica di testare i loro modelli. Confrontando la previsione della corona del modello con le osservazioni durante l'eclissi stessa, potrebbero valutare e migliorare le prestazioni dei loro modelli.

Il modello utilizzato dal team di Predictive Science per l'eclissi di agosto 2017 è stato il più complesso in due decenni di previsione dell'eclissi.

Una maggiore complessità richiede più ore di elaborazione, e ogni simulazione ha richiesto migliaia di processori e ha richiesto circa due giorni di tempo reale per essere completata. Il gruppo di ricerca ha eseguito il modello su diversi supercomputer, comprese le strutture dell'Università del Texas presso il Texas Advanced Computer Center di Austin; il San Diego Supercomputer Center presso l'Università della California a San Diego; e il supercomputer Pleiades presso la struttura di supercalcolo avanzato della NASA presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley, California.

Oltre alle mappe SDO del campo magnetico solare, il modello utilizzava osservazioni SDO di prominenze, strutture simili a serpenti fatte di fresco, materiale solare denso che fuoriesce dalla superficie del Sole. Le protuberanze si formano nelle parti sollecitate del campo magnetico, dove è attorcigliato in una corda e capace di eruttare se sovraccaricato.

I ricercatori hanno anche incluso nuovi calcoli per il riscaldamento coronale. Non capiamo ancora come la corona raggiunga i 2 milioni di gradi Fahrenheit, mentre solo 1, 000 miglia sotto, la superficie sottostante bolle a un tiepido 10, 000 F. Una teoria propone che le onde elettromagnetiche, chiamate onde di Alfvén, lanciate dalla superficie agitata del Sole si riversino nella corona, particelle di riscaldamento mentre si propagano verso l'esterno, un po' come le onde dell'oceano spingono e accelerano i surfisti verso la riva.

Tenendo conto delle prominenze e di queste minuscole ma numerose onde, gli scienziati speravano di dipingere un ritratto sempre più dettagliato del complesso comportamento della corona.

Dopo l'eclissi, il gruppo ha scoperto che la loro previsione aveva una sorprendente somiglianza con il 21 agosto, 2017, corona, sebbene il modello manchi di molte strutture più fini. Sia la previsione che le foto da terra scattate il giorno dell'eclissi mostrano tre stelle filanti del casco:immense, strutture a forma di petalo che si formano su una rete di anelli magnetici. La forza del confronto supporta i progressi nel nuovo modello.

Gli scienziati hanno sempre saputo che i campi magnetici contorti sottostanti le protuberanze sono una parte importante del Sole, ma i modelli precedenti del team non erano abbastanza sofisticati per rifletterlo. Lo stesso vale per le onde che riscaldano la corona. "In un certo senso, le prestazioni del modello ci dicono che il nuovo modello di riscaldamento sta andando nella giusta direzione, " Miki? ha detto. "E 'certamente mostrando risultati migliori. Dovremmo perseguirlo e perfezionarlo ulteriormente".

Nel business delle previsioni di eclissi, aiuta quando il Sole tace, o meno attivo. Ad agosto 2017, il Sole era in una di queste fasi tranquille, muovendosi costantemente verso un periodo di bassa attività solare nel suo ciclo di circa 11 anni.

Gli scienziati hanno alimentato il loro modello con i dati del campo magnetico raccolti dal lato rivolto verso la Terra del Sole nei 27 giorni precedenti, il tempo necessario al Sole per completare una rotazione completa, poiché attualmente non hanno modo di osservare l'intero solare sferico. superficie tutta in una volta. Con tale approccio, le misurazioni effettuate all'inizio del periodo di 27 giorni, da parti della superficie del Sole che sono successivamente ruotate verso la parte posteriore dove non possono più essere viste, hanno maggiori probabilità di diventare obsolete rispetto a quelle effettuate alla fine. Ma in tempi di ridotta attività solare, il campo magnetico non cambia rapidamente, quindi anche i dati di 27 giorni sono utili.

Una discrepanza tra la previsione e le osservazioni è una caratteristica più magra, chiamato pseudostreamer, che fuoriesce dall'angolo in alto a destra del Sole. I ricercatori hanno determinato che il loro modello ha mancato lo pseudostreamer perché il campo magnetico è cambiato in quella regione specifica durante la raccolta dei dati. La previsione di un modello diverso ha catturato con successo questo pseudostreamer, Miki? disse, perché sembra aver stimato il campo magnetico in modo più accurato lì.

"La cosa più importante che ho tratto da questo è che hanno un modello sofisticato che sembra buono, ma sono limitati dalle loro osservazioni, " ha detto Alex Young, uno scienziato solare presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, che non era coinvolto nello studio. "Ciò che manca al modello è il cambiamento del Sole, ed è qualcosa che non possono gestire senza sufficienti osservazioni dai posti giusti".

Testare un modello come questo supporta in modo così completo l'idea che, con più dati e diversi punti di vista, gli scienziati possono calcolare meglio le dinamiche più fini del Sole e, infine, migliorare la loro capacità di prevedere eventi meteorologici spaziali che possono interferire con la tecnologia e gli astronauti nello spazio.

Poco meno di un anno dopo che milioni di persone hanno intravisto la corona durante l'eclissi totale, il 12 agosto 2018, La NASA ha lanciato Parker Solar Probe per volare attraverso la corona, avvicinandosi al Sole di qualsiasi altra navicella spaziale prima.

Parker Solar Probe invierà alla Terra osservazioni dall'interno della corona stessa, che i ricercatori possono aggiungere ai loro modelli, colmare le lacune di conoscenza cruciali nella complicata fisica della corona.

Miki? detti modelli come il loro possono completare la missione contestualizzando il viaggio della navicella spaziale attraverso la corona. Gli scienziati non hanno mai lavorato con dati raccolti così vicino al Sole. Modellando l'intera corona, il quadro più ampio, i ricercatori forniranno una prospettiva cruciale sui dintorni di Parker mentre si avventura in un territorio completamente inesplorato.

"Questa è una scienza straordinaria per Parker Solar Probe e dall'eclissi, che condivide uno scopo fondamentale, " ha detto Thomas Zurbuchen, amministratore associato presso la sede della NASA a Washington. "Al di là della scienza, si tratta di far progredire davvero la nostra comprensione e capacità di prevedere il tempo spaziale, un impatto importante che possiamo avere alla NASA."